stringtranslate.com

Картирование интенсивности

В космологии картирование интенсивности — это метод наблюдения за крупномасштабной структурой Вселенной с использованием интегрированного радиоизлучения неразрешенных газовых облаков.

В наиболее распространенном варианте, картировании интенсивности 21 см , для отслеживания газа используется линия излучения нейтрального водорода 21 см. Водород следует за флуктуациями в базовом поле космической плотности, при этом области более высокой плотности вызывают более высокую интенсивность излучения. Поэтому флуктуации интенсивности можно использовать для реконструкции спектра мощности флуктуаций материи . Частота линии излучения смещена в красную область из-за расширения Вселенной, поэтому, используя радиоприемники, которые охватывают широкую полосу частот, можно обнаружить этот сигнал как функцию красного смещения и, следовательно, космического времени. Это в принципе похоже на обзор красного смещения галактик , с важным отличием, что галактики необходимо обнаруживать и измерять по отдельности, что делает картирование интенсивности значительно более быстрым методом. [1]

История

Научные приложения

Картирование интенсивности было предложено как способ измерения поля плотности космической материи в нескольких различных режимах.

Эпоха реионизации

Между рекомбинацией и реионизацией барионное содержимое Вселенной — в основном водород — находилось в нейтральной фазе. Обнаружение 21-сантиметрового излучения с этого времени и до конца реионизации было предложено в качестве мощного способа изучения раннего формирования структуры. [9] Этот период истории Вселенной соответствует красным смещениям от до , что подразумевает диапазон частот для экспериментов по картированию интенсивности от 50 до 200 МГц.

Крупномасштабная структура и темная энергия

В более позднее время, после того как Вселенная реионизировалась , большая часть оставшегося нейтрального водорода хранится в плотных газовых облаках, называемых затухающими системами Лаймана-альфа , где он защищен от ионизирующего ультрафиолетового излучения . Они в основном находятся в галактиках, поэтому сигнал нейтрального водорода фактически является трассером распределения галактик.

Как и в случае с обзорами красного смещения галактик, наблюдения карт интенсивности могут быть использованы для измерения геометрии и скорости расширения Вселенной (и, следовательно, свойств темной энергии [1] ) путем использования функции барионных акустических колебаний в спектре мощности материи в качестве стандартной линейки . Скорость роста структуры, полезная для проверки модификаций общей теории относительности , [10] также может быть измерена с использованием искажений пространства красного смещения . Обе эти функции обнаруживаются в больших масштабах от десятков до сотен мегапарсек , поэтому карты с низким угловым разрешением (неразрешенные) нейтрального водорода достаточны для их обнаружения. Это следует сравнить с разрешением обзора красного смещения, который должен обнаруживать отдельные галактики, которые обычно имеют всего лишь десятки килопарсек в поперечнике.

Поскольку обзоры карт интенсивности могут быть выполнены намного быстрее, чем обычные оптические обзоры красного смещения, можно картировать значительно большие объемы Вселенной. Таким образом, картирование интенсивности было предложено как способ измерения явлений в чрезвычайно больших масштабах, включая изначальную негауссовость от инфляции [11] и общие релятивистские поправки к корреляционной функции материи . [12]

Молекулярные и тонкие структурные линии

В принципе, любая линия излучения может быть использована для создания карт интенсивности, если ее можно обнаружить. Другие линии излучения, которые были предложены в качестве космологических трассеров, включают:

Эксперименты

Следующие телескопы либо уже проводили исследования по картированию интенсивности, либо планируют провести их в будущем.

Центр космических полетов имени Годдарда также проводит ряд экспериментов по картированию интенсивности.

Ссылки

  1. ^ ab Bull, Philip; Ferreira, Pedro G.; Patel, Prina; Santos, Mario G. (2015). "Поздняя космология с экспериментами по картированию интенсивности на 21 см". The Astrophysical Journal . 803 (1): 21. arXiv : 1405.1452 . Bibcode :2015ApJ...803...21B. doi :10.1088/0004-637X/803/1/21. S2CID  118350366.
  2. ^ Варшалович, ДА; Херсонский, ВК (1977-08-01). "Искажение спектра первичного излучения линией водорода 21 см в эпохи z = 150-15". Письма в Советскую Астрономию . 3 : 155. Bibcode :1977SvAL....3..155V.
  3. ^ Мадау, Пьеро; Мейксин, Эвери; Риз, Мартин Дж. (1997). «21-сантиметровая томография межгалактической среды при высоком красном смещении». The Astrophysical Journal . 475 (2): 429–444. arXiv : astro-ph/9608010 . Bibcode : 1997ApJ...475..429M. doi : 10.1086/303549. S2CID  118239661.
  4. ^ Bharadwaj, Somnath; Sethi, Shiv K. (декабрь 2001 г.). «HI-флуктуации при больших красных смещениях: корреляция I-видимости». Журнал астрофизики и астрономии . 22 (4): 293–307. arXiv : astro-ph/0203269 . Bibcode : 2001JApA...22..293B. doi : 10.1007/BF02702273. S2CID  14605700.
  5. ^ Battye, Richard A.; Davies, Rod D.; Weller, Jochen (2004). «Neutral Hydrogen Surveys for High-RedShift Galaxy Giants And Protoclusters». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 355 (4): 1339–1347. arXiv : astro-ph/0401340 . Bibcode : 2004MNRAS.355.1339B. doi : 10.1111/j.1365-2966.2004.08416.x . S2CID  16655207.
  6. ^ Петерсон, Джеффри Б.; Бандура, Кевин; Пен, Уэ Ли (2006). «Исследование водорода в сфере Хаббла». arXiv : astro-ph/0606104 . Bibcode :2006astro.ph..6104P. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  7. ^ Чанг, Цзы-Чин; Пен, Уэ-Ли; Бандура, Кевин; Петерсон, Джеффри Б. (22 июля 2010 г.). "Карта интенсивности излучения водорода на длине волны 21 см при красном смещении z ≈ 0,8". Nature . 466 (7305): 463–465. Bibcode :2010Natur.466..463C. doi :10.1038/nature09187. PMID  20651685. S2CID  4404546.
  8. ^ "Начинается строительство крупнейшего радиотелескопа Канады". Phys.org . 2013-01-24 . Получено 17 августа 2014 г.
  9. ^ Лёб, Абрахам; Залдарриага, Матиас (май 2004 г.). «Измерение мелкомасштабного спектра мощности флуктуаций космической плотности с помощью 21-сантиметровой томографии до эпохи формирования структур». Physical Review Letters . 92 (21): 211301. arXiv : astro-ph/0312134 . Bibcode :2004PhRvL..92u1301L. doi :10.1103/PhysRevLett.92.211301. PMID  15245272. S2CID  30510359.
  10. ^ Холл, Алекс; Бонвен, Камиль; Чаллинор, Энтони (19 марта 2013 г.). «Проверка общей теории относительности с помощью картирования интенсивности 21 см». Physical Review D. 87 ( 6): 064026. arXiv : 1212.0728 . Bibcode : 2013PhRvD..87f4026H. doi : 10.1103/PhysRevD.87.064026. S2CID  119254857.
  11. ^ Камера, Стефано; Сантос, Марио Г.; Феррейра, Педро Г.; Феррамачо, Луис (2013). «Космология на сверхбольших масштабах с картированием интенсивности излучения нейтрального водорода 21 см: пределы изначальной негауссовости». Physical Review Letters . 111 (17): 171302. arXiv : 1305.6928 . Bibcode :2013PhRvL.111q1302C. doi :10.1103/PhysRevLett.111.171302. PMID  24206474. S2CID  27160707.
  12. ^ Мартенс, Рой; Чжао, Гонг-Бо; Бэкон, Дэвид; Кояма, Казуя; Ракканелли, Альвизе (26 февраля 2013 г.). «Релятивистские поправки и негауссовость в обзорах радиоконтинуума». Журнал космологии и физики астрочастиц . 2013 (2): 044. arXiv : 1206.0732 . Бибкод : 2013JCAP...02..044M. дои : 10.1088/1475-7516/2013/02/044. S2CID  21985095.
  13. ^ Лидз, Адам; Фурланетто, Стивен Р.; Пэн О, С.; Агирре, Джеймс; Чанг, Цзы-Чин; Доре, Оливье; Притчард, Джонатан Р. (10 ноября 2011 г.). "КАРТИРОВАНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛИНИЙ ЭМИССИИ УГЛЕРОДА И ЛИНИИ С КРАСНЫМ СМЕЩЕНИЕМ 21 см". The Astrophysical Journal . 741 (2): 70. arXiv : 1104.4800 . Bibcode :2011ApJ...741...70L. doi :10.1088/0004-637X/741/2/70. S2CID  45158086.
  14. ^ Gong, Yan; Cooray, Asantha; Silva, Marta; Santos, Mario G.; Bock, James; Bradford, C. Matt; Zemcov, Michael (январь 2012 г.). "Картирование интенсивности линии тонкой структуры [CII] в эпоху реионизации". The Astrophysical Journal . 745 (1): 49. arXiv : 1107.3553 . Bibcode :2012ApJ...745...49G. doi :10.1088/0004-637X/745/1/49. S2CID  41261385.
  15. ^ Пуллен, Энтони Р.; Доре, Оливье; Бок, Джейми (май 2014 г.). «Картирование интенсивности в космическом времени с помощью линии Lyα». The Astrophysical Journal . 786 (2): 111. arXiv : 1309.2295 . Bibcode :2014ApJ...786..111P. doi :10.1088/0004-637X/786/2/111. S2CID  50979853.
  16. ^ "Проект Тяньлай" . Получено 2020-02-20 .
  17. ^ "Лаборатория радиоастрономии Кэхилла - CRAL". www.astro.caltech.edu . Получено 06.11.2017 .
  18. ^ Ван, Цзинъин; Сантос, Марио Г.; Булл, Филипп; Грейндж, Кит; Каннингтон, Стивен; Фонсека, Хосе; Ирфан, Мелис О.; Ли, Ичао; Пурциду, Алкистис; Соарес, Паула С.; Спинелли, Марта (2021). «Картирование интенсивности H i с помощью MeerKAT: конвейер калибровки для многотарелок автокорреляционных наблюдений». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 505 (3): 3698–3721. arXiv : 2011.13789 . doi : 10.1093/mnras/stab1365 .

Внешние ссылки